近日，江蘇省農(nóng)業(yè)科學院質(zhì)量安全所糧油安全與營養(yǎng)創(chuàng)新團隊關(guān)于鐮刀菌毒素生物降解的兩項研究成果分別在國際知名學術(shù)期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry （JAFC）與Biological Control上同日發(fā)表。
鐮刀菌毒素是影響谷物制品安全的主要危害因子之一，目前危害最為嚴重的鐮刀菌毒素是嘔吐毒素（DON）與玉米赤霉烯酮（ZEN），每年對我國小麥、玉米等主要糧食作物生產(chǎn)造成極大經(jīng)濟損失與食品安全隱患。生物降解法通過篩選自然界中的微生物，在溫和條件下降解真菌毒素，將毒素分子轉(zhuǎn)化為無毒或低毒物質(zhì)且不會造成營養(yǎng)成分丟失，因此生物降解法被認為是去除真菌毒素的最佳方法。但目前學界對于生物降解具體機制的研究仍然不足，降解途徑的模糊性導致安全性評價難以開展，限制了生物降解方法在糧食生產(chǎn)與加工過程中的應(yīng)用。我院質(zhì)量安全所糧油安全與營養(yǎng)團隊針對此瓶頸問題，分別研究了DON與ZEN毒素生物降解代謝途徑與降解機制。
目前已發(fā)現(xiàn)的可以獨立降解DON毒素的微生物種類較少，并且降解條件較為苛刻，往往需要額外添加輔助因子才能實現(xiàn)生物降解。針對這一問題，糧油安全與營養(yǎng)團隊設(shè)計了一種由兩株土壤微生物Devosia sp. A8與Paracoccus yeei A9組成的人工復(fù)合菌群，該菌株可以有效降解DON毒素與衍生物、T-2毒素等單端胞霉烯類真菌毒素，降解產(chǎn)物為3-keto-DON，毒性降低至原型毒素10%以下；同時該人工菌群在25~45 ?C與pH 5.0~10.0的環(huán)境條件下均能保持60%以上的降解率，顯示出很好的環(huán)境適應(yīng)性。深入研究降解機制后發(fā)現(xiàn)該降解主要由Devosia sp. A8完成，Paracoccus yeei A9負責在降解過程中提供電子介體。
針對ZEN的降解菌株資源較為豐富，但是目前已鑒定的降解酶較少，糧油安全與營養(yǎng)團隊在前期研究中從土壤中篩選并鑒定了一株ZEN降解菌株氣微菌Aeromicrobium sp. HA，通過對該降解菌進行轉(zhuǎn)錄組學分析，發(fā)現(xiàn)其基因組中存在一種全新的ZEN降解酶ZenH。該酶屬于水解酶類，降解活性極高，酶動力學參數(shù)米氏常數(shù)（Michaelis constant）可達12.64 μM；同時具有很強的環(huán)境寬泛性，在55 ?C條件下仍然可以保持降解活性，超過目前已報道的所有ZEN降解酶。通過分子對接與定點突變等手段鑒定該降解酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中催化位點為S117-D142-H292；對降解產(chǎn)物的鑒定結(jié)果表明ZenH降解過程中產(chǎn)生一類全新的降解中間產(chǎn)物。
相關(guān)研究成果可為后續(xù)真菌毒素脫毒制劑的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用前景。
團隊首席徐劍宏研究員為兩篇論文的通訊作者，劉馨研究員與王剛副研究員分別為JAFC與Biological Control論文的共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金，江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項目及國家農(nóng)產(chǎn)品安全風險評估等項目資助。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.2c06410
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1049964423000257
日期：2023-02-17
鐮刀菌毒素是影響谷物制品安全的主要危害因子之一，目前危害最為嚴重的鐮刀菌毒素是嘔吐毒素（DON）與玉米赤霉烯酮（ZEN），每年對我國小麥、玉米等主要糧食作物生產(chǎn)造成極大經(jīng)濟損失與食品安全隱患。生物降解法通過篩選自然界中的微生物，在溫和條件下降解真菌毒素，將毒素分子轉(zhuǎn)化為無毒或低毒物質(zhì)且不會造成營養(yǎng)成分丟失，因此生物降解法被認為是去除真菌毒素的最佳方法。但目前學界對于生物降解具體機制的研究仍然不足，降解途徑的模糊性導致安全性評價難以開展，限制了生物降解方法在糧食生產(chǎn)與加工過程中的應(yīng)用。我院質(zhì)量安全所糧油安全與營養(yǎng)團隊針對此瓶頸問題，分別研究了DON與ZEN毒素生物降解代謝途徑與降解機制。
目前已發(fā)現(xiàn)的可以獨立降解DON毒素的微生物種類較少，并且降解條件較為苛刻，往往需要額外添加輔助因子才能實現(xiàn)生物降解。針對這一問題，糧油安全與營養(yǎng)團隊設(shè)計了一種由兩株土壤微生物Devosia sp. A8與Paracoccus yeei A9組成的人工復(fù)合菌群，該菌株可以有效降解DON毒素與衍生物、T-2毒素等單端胞霉烯類真菌毒素，降解產(chǎn)物為3-keto-DON，毒性降低至原型毒素10%以下；同時該人工菌群在25~45 ?C與pH 5.0~10.0的環(huán)境條件下均能保持60%以上的降解率，顯示出很好的環(huán)境適應(yīng)性。深入研究降解機制后發(fā)現(xiàn)該降解主要由Devosia sp. A8完成，Paracoccus yeei A9負責在降解過程中提供電子介體。
針對ZEN的降解菌株資源較為豐富，但是目前已鑒定的降解酶較少，糧油安全與營養(yǎng)團隊在前期研究中從土壤中篩選并鑒定了一株ZEN降解菌株氣微菌Aeromicrobium sp. HA，通過對該降解菌進行轉(zhuǎn)錄組學分析，發(fā)現(xiàn)其基因組中存在一種全新的ZEN降解酶ZenH。該酶屬于水解酶類，降解活性極高，酶動力學參數(shù)米氏常數(shù)（Michaelis constant）可達12.64 μM；同時具有很強的環(huán)境寬泛性，在55 ?C條件下仍然可以保持降解活性，超過目前已報道的所有ZEN降解酶。通過分子對接與定點突變等手段鑒定該降解酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中催化位點為S117-D142-H292；對降解產(chǎn)物的鑒定結(jié)果表明ZenH降解過程中產(chǎn)生一類全新的降解中間產(chǎn)物。
相關(guān)研究成果可為后續(xù)真菌毒素脫毒制劑的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用前景。
團隊首席徐劍宏研究員為兩篇論文的通訊作者，劉馨研究員與王剛副研究員分別為JAFC與Biological Control論文的共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金，江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項目及國家農(nóng)產(chǎn)品安全風險評估等項目資助。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.2c06410
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1049964423000257
日期：2023-02-17
